Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по геологии-минералогии

Инженерно-геологические проблемы мегаполисов юга России и их влияние на строительство

Автореферат докторской диссертации по геологии-минералогии

СКАЧАТЬ ОРИГИНАЛ ДОКУМЕНТА

Страницы: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |

 

Глава 4. Гидрогеологические условия

Яркое своеобразие истории геологического развития Прикаспийской впадины, как и других краевых впадин, предопределило важнейшие гидрогеологические особенности этого региона, представляющие интерес с инженерно-геологических позиций.

Постоянное прогибание преобладающей части территории с формированием низменного рельефа обусловило глубокое залегание грунтовых вод в Прикаспийской низменности, и только на обрамляющих ее возвышенностях подземные воды находятся относительно глубоко. Солевой комплекс, играющий такую заметную роль в геологическом строении Прикаспия, имеет существенное значение и для формирования его гидрогеологических условий, выполняя роль регионального водоупора, разделяющего два гидрогеологических этажа: подсолевой и надсолевой.

Соляные структуры, как было показано выше, оказывают влияние на формирование химического состава подземных вод и глубину их залегания. Вместе с тем, формирование гидрогеологических особенностей Прикаспия происходило под активным влиянием зонально-климатических факторов.

Наибольшее влияние на инженерно-геологические условия оказывают четвертичный, плиоценовый, палеогеновый и верхнемеловой водоносный комплексы. Водоносный комплекс четвертичных отложений подразделяется на водоносные горизонты морских, эоловыха и аллювиальных отложений, а также нерасчлененных плиоцен-четвертичных отложений сыртовой толщи.

Водоносный горизонт морских отложений приурочен к слоям и линзам песков и является наиболее распространенным горизонтом комплекса. Грунтовые воды залегают на глубине от 0,5-1 м на пониженных участках до 15-20 м на возвышениях и вблизи долин Волги и Урала - крупных естественных дрен, в основном же глубина залегания зеркала грунтовых вод составляет 5-10 м от поверхности земли.

Минерализация грунтовых вод значительна (до 300 г/л), что объясняется высокой первичной засоленностью морских четвертичных отложений, широким распространением соляных куполов, соленых озер и солончаков, а также резкой аридностью климата с значительным превышением испаряемости над осадками, обусловливающими концентрацию солей. Пресные грунтовые воды наблюдаются на участках понижений рельефа, скапливающих атмосферные осадки, а также вдоль долины Волги.

Воды сульфатно-хлоридно-натриевого состава с минерализацией 10-75 г/л тяготеют к долинам рек, вблизи соров распространены хлоридные натриевые рассолы с минерализацией 100-250 г/л, а на участках неглубокого залегания соляных куполов - рассолы наиболее высокой минерализации (до 300 г/л) хлоридно-натриевого состава.

Водоносный горизонт эоловых отложений приурочен к аккумулятивной эоловой равнине в южной части мегаполиса. Глубинаа залегания грунтовых вод колеблется от 1-3 м в пониженных участках до 5-15 м под буграми и барханами. Пресные воды гидрокарбонатного или сульфатно-гидрокарбонатно-кальциевого состава встречаются в основном в виде плавающих линз над солеными водами. Минерализация воды составляет от 2 до 10 г/л, достигая под сорами и солончаками и на межгрядовых равнинах до 50 г/л при преимущественно хлоридно-натриевом составе вод.

Водоносный горизонт аллювиальных отложений связан с долиной Волги. Глубина залегания грунтовых вод изменяется от 0,5-5 м в пойме до 20-30 м на высоких террасах. В долине Волги грунтовые воды являются повсеместно пресными, в мелких реках минерализация увеличивается к низовьям до 5-7 г/л и, кроме того, изменяется на поймах в течение года от 0,5-1 в период снеготаяния до 5-20 г/л летом.

Водоносный горизонт нерасчлененных плиоцен-четвертичных отложений распространен в пределах денудационных равнин раннеплейстоценового возраста и приурочен к суглинкам и подсыртовым пескам. Водоупором являются апшеронские глины. Глубина залегания грунтовых вод зависит от рельефа и изменяется от 7 до 46 м, в среднем 25-30 м. Минерализация грунтовых вод изменяется в песках от 0,4 до 3 г/л, в суглинках - до 5-6 г/л и более. Пресные воды имеют гидрокарбонатно-кальциевый состав, соленые - хлоридно-натриевый.

Водоносный комплекс плиоценовых отложений представлен песчаными отложениями акчагыла и апшерона. Подземные воды в основном напорные, с величиной напора от 8 до 100 м, а в Прикаспийской низменности до 150-200 м и более. Основные области питания находятся на возвышенностях, обрамляющих Прикаспийскую низменность; областями стока и разгрузки является Прикаспийская низменность, что хорошо видно по снижению уровней подземных вод комплекса ва этом направлении.

Минерализация воды закономерно увеличивается от периферии впадины к югу - от 0,5 до 5 г/л в области питания, с преимущественно гидрокарбонатно- и сульфатно-хлоридно-кальциево-натриевым составом, до 80 г/л и хлоридно-натриевым составом в центре низменности. Высокая минерализация воды с образованием рассолов хлоркальциевого типа фиксируется также на участках ряда соляных куполов.

Водоносный комплекс палеогеновых отложений обнажается в краевых частях Прикаспийской впадины, где представлен песками, песчаниками и опоками мощностью до 100-150 м. Здесь подземные воды располагаются на глубине от 20-30 м и до 50-70 м и обладают некоторым напором, минерализация вод варьируется от 0,8 до 3-5 г/л, состав гидрокарбонатный или сульфатно-гидрокарбонатно-натриевый. По направлению к центру впадины мощность комплекса возрастает, минерализация увеличивается до 31-90 г/л, химический состав меняется на хлоридно-натриевый.

Водоносный комплекс верхнемеловых отложенийа представлен маастрихтским горизонтом, приуроченным к мергельно-меловым отложениям, залегающим на глубине от нескольких метров в прибортовой зоне до 900 ма в центре впадины. В области питания распространены безнапорные пресные гидрокарбонатные кальциевые воды. По мере погруженияа они приобретают напор и высокую минерализацию - до 50-100 г/л при хлоридно-натриевом химическом составе.

Глава 5. Состав и физико-механические свойства пород;

В главе приводится детальная характеристика состава, состояния и свойств пород Прикаспийской впадины, основанная на обобщении результатов более 10 тыс. полевых и лабораторных исследований, с использованием данных работ С.К. Арбузовой, С.Н. Егорова, Н.П. Затенацкой, М.В. Кленовой, Н. А. Панкратовой, Ю.И. Панова, К.М. Пановой, Н.С. Реутовой, И.А. Сафохиной, В.Н.Синякова, В.И. Стешенко.

Были составлены таблицы статистических характеристик гранулометрического и минералогического состава, показателей физических и механических свойств важнейших генетических типов отложений: морских глин и суглинков хвалынского, хазарского, бакинского и апшеронского горизонтов, аллювиально-морских глин хазарского и современного горизонтов, современных аллювиальных глин (для пойменной и старичной фаций), озерно-аллювиальных глин современного - верхнечетвертичного, средне-четвертичного, нижнечетвертичного, нерасчлененного нижне-средне-четвертичного и апшеронского горизонтов и выполнен анализ изменения состава, состояния и свойств пород в зависимости от возраста и генезиса.

Аналогичные статистические таблицы, дополнительно учитывающие просадочность, были составлены для основных типов лессовых пород Прикаспийской впадины.

Для четвертичных песчаных пород обобщены данные по гранулометрическому составу морских песков современного, верхнехвалынского, нижнехвалынского, хазарского, бакинского горизонтов, эоловых современных песков, аллювиально-морских (дельтовых) и аллювиальных песков пойменной и русловой фаций на различных участках долин двух крупнейших рек - Волги и Урала, что позволило оценить их однородность и сортированность. Кроме того, для важнейших генетических типов песков были обобщены данные по плотности сложения.

При характеристике инженерно-геологических особенностей до-плиоценовых отложений, имеющих ограниченное распространение, приведены данные, свидетельствующие об их высокой степени литификации.

Для анализа сходства и различий состава и физико-механических свойств пород Прикаспия и других однотипных регионов обобщены данные на основе опубликованных работ Е. Акпокодже, Т. Андерсона, М. Балиха, В. Брайанта, М. Вильямса, Р. Грима, Е. Де Мульдера, Ж. Милло, Э. Мыслинской, X. Мэтлока, С. Мэтьюсона, А. Скемтона, Е. Степковской, И. Стивенса, М. Томлинсона, П. Трабанта, К. Хаммершмидта, С. Хелвика и других исследователей.

Анализ показал, что состав и свойства пород солянокупольных областей обладают существенным сходством, отражающим особенности осадконакопления, характерные для регионов данного типа и отличающие их от внутриплатформенных регионов. В то же время имеются и отличия, обусловленные палеоклиматическими и современными климатическими факторами.

Прогибание впадин и вызванные им трансгрессии обусловили повсеместное накопление высокодисперсных морских глин, минералогический состав которых отражает палеоклиматические особенности. В Прикаспийской и других солянокупольных впадинах глины морского, а также континентального происхождения характеризуются гидрослюдисто-монтмориллонитовым составом, что отражает сходство условий образования в приледниковой обстановке, а для побережья Африки характерно преобладание каолинита, что связано с его обилием в латеритных почвах тропиков.

Степень литификации одновозрастных глин в различных впадинах близка, причем это характерно для различных генетических типов пород: голоценовые морские, аллювиально-морские и аллювиальные глины являются слаболитифицированными, верхнеплейстоценовые морские и аллювиальные глины имеют слабую и среднюю степень литификации, увеличивающуюся с возрастом. Более древние глины морского, аллювиального и озерно-аллювиального происхождения в диапазоне от среднего плейстоцена до верхнего плиоцена являются среднелитифицированными с незначительным увеличением степени литификации с возрастом. Доверхнеплиоценовые глины имеют среднюю и сильную степень литификации. Наряду с этим нормальный характер увеличения степени литификацииа порода с глубиной в условиях аридного климата Прикаспия нарушается: в верхней части разреза образуется корка пересушенных и уплотненных в процессе усадки пород, что установлено на примере хвалынских глин. Подобное нарушение изменчивости типично и для других регионов аридного пояса и наблюдается, например, в дельте Шатт-эль-Араба Персидского солянокупольного бассейна (по данным В.Н. Синякова). Высокое содержание в глинах монтмориллонита и гидрослюды обусловило значительную набухаемость и усадку, что особенно характерно для морских глин.

Важной особенностью глинистых пород Прикаспия (и, вероятно, всех изучаемых впадин) является яркая индивидуальность показателей их свойств, обусловившая неприменимость для них таблиц нормативных характеристик грунтов и переходных коэффициентов между показателями зондирования и модулем деформации в действующих нормативных документах. Это вызвало необходимость разработки аналогичных региональных таблиц и коэффициентов для 30 наиболее распространенных типов пород на основе исследования связей между показателями физико-механических свойств пород методами многофакторного корреляционно-регрессионного анализа. Проверка устойчивости в пространстве установленных связей показала, что выведенные зависимости статистически неразличимы на различных участках региона. Поэтому краевые впадины представляются оптимальным объектом для разработки так называемых региональных норм вследствие распространения на огромных территориях однородных пород с устойчивыми свойствами.

Выявлено сходство состава и отдельных показателей свойств лессовых пород в различных краевых впадинах, однако лессовые породы Североморской впадины имеют более высокую влажность по сравнению с Прикаспием, что обусловлено климатическими различиями. Исследование связей между показателями физико-механических свойств двух типов лессовых пород Прикаспийской впадины показало, что относительная просадочность зависит от пористости и влажности пород, сопротивление сдвигу - от коэффициента пористости и пластичности, сопротивление зондированию - т влажности, пластичности и пористости. На основе полученных зависимостей составлены таблицы нормативных характеристик грунтов.

Плейстоценовые и раннеголоценовые пески морского, аллювиально-морского и аллювиального происхождения в областях галокинеза имеют плотное сложение, высокие несущие свойства и низкую сжимаемость, и только позднеголоценовые пески повсеместно являются рыхлыми и среднеплотными. Песчаные морские, аллювиально-морские и аллювиальные породы Прикаспия от нижнечетвертичного до голоценового возраста отличаются высокой однородностью, что, по-видимому, типично для краевых впадин.

В главе приведены представительные данные испытаний грунтов статическими нагрузками на штампы.

Глава 6. Современные геологические процессы

В главе выполнена сравнительная характеристика обширного комплекса современных геологических процессов, развивающихся на территории Прикаспия и изученных регионов. Она основана на обобщении большого фактического материала, а также данных из работ А.В. Вострякова, А.И. Дзенс-Литовского, В.Н. Зайонца, Р.С. Зиангирова, Г.В. Короткевича, С.В. Кузнецовой, Г.И. Леонтьева, С.И. Маховой, Ю.А. Мещерякова, А.А. Никонова, В.А. Прохорова, В.М. Седайкина, С.А. Сладкопевцева, В.Н. Синякова, И.О. Тихвинского, А.В. Цыганкова, А.Ф. Чепрасова, М.А. Шубина, В.Н. Экзарьяна и других исследователей по Прикаспийской впадине и Е. Вербика, Дж. Громко, Р. Долезаля, Дж. Дэвиса, Г. Иллиса, Д. Йоргенсена, А. Калембера, Д. Клейнендорста, В. Коула, Дж. Кремса, 3. Куреши, К. Ланкауфа, С. Лизермана, С. Мэтьюсона, Э. Мартонна, Р. Нейборна, М. Роджерпиллера, Р. Салливана, М. Сандерсона, М. Томлинсона, Р. Фонта, К. Хаммершмидта, Е. Шульца и других авторов по изученным регионам.

Выполненный анализ выявил характерные закономерности сходства комплекса геологических процессов на территории изученных регионов, обусловленные их структурно-геологическими особенностями, и в то же время ряд отличий, обусловленных зонально-климатическими факторами.

В таблице 1 приведена краткая сравнительная характеристика геологических и инженерно-геологических процессов на территории трех мегаполисов и двух городов юга России.

1.аа Эндогенные процессы. В региональном плане современных тектонических движений рассматриваемых областей преобладает погружение, унаследованное от более ранних периодов геологического развития, хотя имеются некоторые отличия частного порядка для отдельных регионов.

В пределах локальных соляных структур происходят тектонические движения со скоростью до 12,5 мм/год, направление которых, как правило, согласуется со знаком структуры. Современные тектонические движения на соляных куполах могут сопровождаться разрывными дислокациями, которые в ряде случаев привели к деформациям сооружений.

Таблица 1

Геологические и инженерно-геологические процессы на территории мегаполисов и городов юга России

Процессы	Мегаполисы и города
	Волгоград	Саратов	Ростов	Астрахань	Новочеркасск
Эндогенные
Преобладающее региональное погружение	+	-	-	+	-
Тектонические движения на соляных структурах	+	-	-	+	-
Экзогенные
Соляной карст	+	-	-	+	-
Преобладание речной, дельтовой, морской и озерной аккумуляции над эрозией	+	+	+	+	+
Просадка	+	+	+	+	+
Набухание и усадка	+	+	+	+	+
Оползни	+	+	+	+	+
Эоловые процессы	окальные	-	-	региональные	-
Выветривание	+	+	+	+	+
Заболачивание	окальное	окальное	окальное	региональное	окальное
Засоление	окальное	окальное	окальное	региональное	окальное
Природно-антропогенные
Активизация соляного карста	окальная	-	-	-	-
Активизация эоловых процессов	окальная	-	-	окальная	-
Антропогенные
Процессы, вызванные повышением уровня подземных вод	весьма интенсивные	весьма интенсивные	весьма интенсивные	весьма интенсивные	весьма интенсивные
Процессы, вызванные понижением уровня подземных вод	окальные	окальные	окальные	окальные	окальные

2.аа Экзогенные процессы, в отличие от эндогенных, в пределах рассматриваемых областей обладают как чертами сходства, обусловленными однотипностью структурно-геологических факторов, так и чертами различия, вызванными неодинаковыми зонально-климатическими условиями. Общим и типичным для всех рассматриваемых регионов вследствие их унаследованного прогибания и плоскоравнинного рельефа с малой энергией является преобладание процессов аккумуляции над денудацией и развитая мощная речная, дельтовая, морская, озерная аккумуляция. Оползни встречаются довольно редко и связаны только с долинами рек, преобладают оползни-потоки.

Весьма характерно для всех регионов развитие соляного карста, представляющего серьезную проблему для строительства.

Еще одна характерная особенность каждой из рассматриваемых областей - широкое распространение морских глин, предопределившее развитие процессов набухания и усадки. Наконец, типичной чертой сходства является периодическое возникновение в каждой из областей сгонов и нагонов, опасность которых усугубляется однотипными плоскими пологими берегами.

При анализе отличий выделяется обособленность Прикаспийской впадины, расположенной в зоне с аридным климатом, от остальных впадин гумидной зоны. Прежде всего, только на территории Прикаспия в региональном плане развиты эоловые процессы, ареал распространения которых в других регионах ограничен узкой полосой вдоль побережья (хотя в верхнечетвертичное время эоловые пески покрывали всю территорию Нидерландов). Различается также тип выветривания: в Прикаспийской впадине преобладает физическое выветривание, в других регионах - химическое, развитое в Габоне в условиях тропического климата до стадии латеритизации.

На территории впадин гумидной зоны широко развито заболачивание в связи с обилием осадков, близким залеганием грунтовых вод и преимущественным погружением земной поверхности. На территории Прикаспийской впадины заболачивание развито значительно слабее, а в пониженных участках с близким залеганием грунтовых вод под влиянием аридного климата идет активное засоление грунтов с образованием солончаков - соров. По этой

же причине во многих озерах Прикаспийской впадины развивается хемогенная аккумуляция.

СКАЧАТЬ ОРИГИНАЛ ДОКУМЕНТА

Страницы: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |

     Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по геологии-минералогии